磁学可能是南海深海平原古环境研究取得突破的关键方面之一。众多磁学参数中,磁化率是最基本、最综合反映沉积物磁性矿物总体状况的参数,非磁滞剩磁对单畴颗粒含量敏感,而且单畴颗粒是剩磁的主要携带者,结合粒度、碎屑矿物丰度等数据探索南海深海平原柱状样QD189磁化率和非磁滞剩磁地质含义。在磁化率大于45×10^-5层位和481 cm以浅的磁化率小于45×10^-5的层段,磁化率、2~5 ϕ粒级含量、ARM和ARM_@20mT变化一致性较好,2~5 ϕ粒级软磁性多畴颗粒含量变化可能是这些层位磁化率变化的主要原因。在808~488 cm层段内,小于45×10^-5的磁化率与2~5 ϕ粒级含量、ARM和ARM_@20mT变化总体上一致性较差,磁化率变化机制有待进一步研究。2~5 ϕ粒级是QD189重要的较粗粒级组分,大体上以深度350 cm为界具有下层段含量较高且粒度变化大、上层段含量较低且粒度变化小的特点。ARM_@20mT比ARM更加真实地表示QD189单畴颗粒含量,除了单畴颗粒外,9~12 ϕ粒级假单畴、多畴颗粒矿物对665~48 cm层段的ARM可能有一定贡献,其中,层段548~310 cm的ARM中可能还有6~9 ϕ粒级多畴颗粒的贡献。通过碎屑矿物丰度、火山玻璃丰度和（或）磁化率异常峰值的对应关系识别出6次火山活动,火山玻璃丰度的分布特点还揭示出QD189中普遍发生生物扰动作用。

2017年中国科学院海洋研究所“大洋岩石圈与地幔动力学实验室”建成。未来5年,该实验室在国家自然科学基金重点项目(编号:41630968)的资助下,用珍贵的太平洋、大西洋和印度洋洋中脊玄武岩(MORB)、辉长岩和深海橄榄岩(MORP)研究地球化学和地幔动力学的几个基本科学问题: ①用Ti-Zr-Hf稳定同位素验证“Nb-Ta和Zr-Hf元素对质量分异的假说”;②从MORB演化过程和地幔熔融过程检验目前对铁同位素分馏的基本假说,即重Fe同位素与Fe³⁺有亲和性,且比轻Fe同位素和Fe²⁺更不相容;③提出并试图检验地幔高氧逸度是板块构造的结果,即含有大量Fe³⁺的蛇纹石化大洋岩石圈地幔橄榄岩俯冲到深部地幔所致;④对代表性的MORB样品和中国东部新生代碱性玄武岩样品进行铀同位素研究,检验Andersen等(2015)有关地球演化过程中壳幔循环导致的内、外动力地质过程的相互关系。

深海是地球上最重要的极端环境之一,发育了数量巨大的极端微生物。它们独特的生存环境、生理结构、代谢机制和共生关系成为探讨生命起源及寻找外太空生命的关键。尽管从生物学角度对极端微生物已开展了大量研究,但深海热液系统对极端微生物演化的影响仍不甚清楚。因此,在总结深海极端的理化环境和地质环境特征的基础上,分析了海底热液活动的分布特征、形成机理及其对周围生物群落种类、分布和演替规律的巨大影响。重点探讨了热液环境下各种极端微生物的生命形式及其对深海营养物质循环和生态系统演化的重要意义。目前,极端环境与生命过程的研究仍处于初级阶段,亟待加强深海原位探测和分子生物学技术的研发以及多学科交叉研究。

海洋地球物理声学方法是进行高分辨率、大范围水下考古调查与研究的利器。由于海洋环境与水下文物的保存状态、埋藏状况之间存在着复杂的耦合关系，导致仅根据地球物理声学探测数据推断水下文物是否存在以及分布情况具有较大的不确定性。近30年来基于水下文物声学探测方法的可控实验研究表明，不同侧扫声呐系统对出露于海底的水下文物遗址探测有不同的声学响应，而多波束声呐技术可用于水下文物遗址的时移变化研究，浅地层剖面探测对部分或全部嵌入海底沉积物中的遗址探测效果更为明显。水下文物的控制实验研究能提升对不同水下文物声学特征响应的认识，可以为探测成果与解译精度之间的关联研究提供借鉴，并有望为高效、大范围的水下文物探测与资源调查提供系统解决方案，从而更好地服务于水下文物保护与管理。

海底峡谷是大陆边缘重要的海底地貌形态，也是沉积物从浅海向深海搬运的重要通道和生物多样性热点，对海底科学研究、海底资源开发利用及海底基础设施建设与安全运营具有重要意义。载人深潜和以遥控潜器(ROV）和自主潜器（AUV）为代表的无人深潜技术为人类探索现代海底峡谷提供了重要途径。海底峡谷的深潜科学考察始于1940年代后期，最初为潜水员下潜考察，1960年代开始各种载人和无人潜器逐步应用于海底峡谷的科学探索。载人潜器能将科学家带至海底进行实地观察和精准取样。无人潜器的优点是：成本低、效率高，无人员安全之忧，水下作业时间长，且可以到达人类难以企及的极端海域。深潜技术在海底峡谷地学研究中的应用主要包括海底地形地貌和底质调查，各种侵蚀和沉积底形及其成因分析，块体搬运和流体动力学过程研究，冷泉、冷水珊瑚等生物群落分布及海底生物侵蚀作用研究。欧美发达国家过去70余年在海底峡谷科学深潜考察研究方面所积累的经验和成果对于我国正在兴起的深海深潜科学考察具有重要的启示和借鉴意义。

海底热液活动一直是当代海洋科学研究的重要前沿领域之一，了解地质构造对海底热液活动的控制作用对于认识热液系统的形成机理及寻找海底硫化物资源具有重要的指示意义。总结了冲绳海槽中部和南部地形与断裂构造、地壳结构、重磁场、热流及岩浆活动等方面的地质构造特征以及海槽热液区分布和热液产物的基本特征。通过比较冲绳海槽与马努斯海盆、马里亚纳海槽、北斐济海盆、劳海盆等基底和扩张阶段不同的弧后盆地构造特征的差异，归纳了冲绳海槽地质构造的特殊性，包括过渡性地壳性质、低扩张程度、高热流值、巨厚沉积层及双峰式火山作用等。冲绳海槽热液活动受到断裂构造、岩浆活动、扩张速率等构造因素的控制，同时受到基岩类型和沉积物盖层等地质条件的影响。海槽中部和南部平行和垂直盆地走向的两组断裂带为流体循环提供了通道，大规模的岩浆活动则为热液系统提供了充足的热量。此外，海槽内广泛分布的酸性火山岩和较厚的沉积盖层与流体相互作用，使得热液产物富含有机质、二氧化碳以及Ag和Au等金属元素。根据冲绳海槽的扩张速率和地质构造特征，推测冲绳海槽仍具有发现新热液区的潜力，其中部和南部两组断裂交汇的部位、轴部火山、受海脊俯冲影响的区域以及靠近岛弧一侧的新火山带是最有潜力的海底热液活动探索远景区。

自20世纪90年代以来，光谱分析逐渐成为表征各种水环境中有色溶解有机质及其荧光组分来源和性质变化的一种重要技术手段。选取跨越了陆—海、陆架—海盆、边缘海—开阔大洋、海洋真光层—无光层等多个界面的福建漳江—漳江河口—东山湾—台湾海峡—南海东北部—吕宋海峡—西太平洋黑潮区垂直剖面，从连续载体的视角，通过对各类溶解有机质定性与定量光谱参数沿程的空间分布及变化趋势的分析，结合已有研究进展，系统总结了从流域到深海水文和生物地球化学梯度显著变化的大背景下，有色溶解有机质和荧光组分的各种来源与去除过程及其调控机制，探讨了不同水环境中溶解有机质定量光谱参数的地球化学分异特征，并对溶解有机质定性光谱指数的示踪能力进行了评析。提出土壤—河流系统的耦合研究、与矿化作用相关联的有色溶解有机质/荧光组分产生的微生物学机制、定量化的地球化学框架体系研究及全球变化的影响应是今后重点关注的课题。

超临界流形成的周期阶坎是一种常见的底形，普遍存在于河口三角洲体系、深水峡谷—水道体系和碳酸盐台地等沉积体系中。从沉积环境、底形形态、沉积结构、形成机理和数值模拟等方面介绍了周期阶坎的研究进展，探讨了船测和AUV多波束、船测和AUV浅剖、人工地震、野外露头、数值模拟研究中揭示的周期阶坎分辨率问题，给出了周期阶坎研究的突破方向。利用探地雷达、人工地震、钻井和测井结合的方法，准确确定野外露头的中泓线位置；在水深大于500 m的区域，将AUV和船测多波束、AUV和船测浅地层剖面、人工地震等数据结合，通过载人潜水器获取原位数据，完善周期阶坎的三维精细结构；开发立体化三维数值模拟，建立一套适用于真实周期阶坎形态的动力学模拟方程。

深水珊瑚生存在黑暗的冷水环境中，为其提供能量和营养的食物源于哪里，是一个关键的生态学和生物地球化学问题。目前的主流认识是珊瑚的食物主要来自于表层海水生产的沉降有机质，但越来越多的研究发现它们能够通过与多种化能自养和异养微生物共生来获得食物供给。深水珊瑚的碳、氮同位素可用来示踪和揭示珊瑚的食物来源，也可用于重建古海洋初级生产者构成和表层海水硝酸盐同位素的变化，成为古海洋生物地球化学研究的宝贵材料。但由于与微生物共生现象的广泛存在，运用深水珊瑚有机碳、氮同位素来反映表层海洋环境变化的可靠性还有待进一步验证。南海近年来发现的深水柳珊瑚林，在国际上仍属认识相对匮乏的新领域，对其开展生物化学基础和古海洋学重建研究，能够为了解深水珊瑚系统提供新的见解。

冷水珊瑚古环境应用研究的首要问题是建立精确的年龄模式。目前常用的珊瑚定年技术包括U/Th,AMS ¹⁴C和²¹⁰Pb测年，其中前两种方法尤为重要。不同冷水珊瑚属种适用不同的定年方法。高镁方解石质的竹节柳珊瑚可用AMS ¹⁴C和²¹⁰Pb测试方法定年。竹节柳珊瑚具有清晰的生长纹层，厘定其年龄模式后，可以成为中—深层大洋环境演变的高分辨率记录载体。文石质石珊瑚同时适用于U/Th和AMS ¹⁴C测年方法，在古海洋研究中有特殊价值。由于u/Th测年可以提供样品的绝对年龄，因此进一步计算可获得中—深层大洋的碳储库年龄，这为探究轨道和千年时间尺度上大洋—大气碳交换这一重大学术问题提供了可靠资料。冷水珊瑚测年数据发现末次冰消期时，赤道大西洋和南大洋中层水的碳储库年龄在Heinrich Stadial 1事件结束前后突然大幅度减小，很可能表示深部大洋一部分无机碳转移进入了大气圈，或者代表Heinrich Stadial 1事件前后大西洋中层水分别主要受南半球和北半球潜沉水团的影响。

冷水珊瑚是开展中—深层海水高分辨率古海洋学研究的理想载体。不同于浅水珊瑚，冷水珊瑚受到生命效应的强烈影响，其δ¹⁸O亏损4‰~6‰，δ¹³C亏损约10‰,因此利用冷水珊瑚氧、碳同位素恢复古水温时需要校正。综述了利用冷水珊瑚氧、碳同位素重建中—深层海水古温度的原理和方法，以及现有的3种冷水珊瑚钙化模型及优缺点。提出需要进行进一步的微区分析及针对性实验来阐明冷水珊瑚的钙化过程。

广泛分布于海洋深部的竹节珊瑚，以其碳酸钙和蛋白质相间的“竹节状”骨骼而得名，且横向上具有“树轮状”生长纹层。利用竹节珊瑚进行古海洋学再造，可以填补传统方法在时间和空间上的空缺。着重介绍竹节珊瑚的无机地球化学指标方法，包括Mg/Ca温度计、Ba/Ca营养物浓度计和δ¹¹B-pH计，并简要描述了生命效应的潜在影响。最近在西太平洋海域新发现的深海竹节珊瑚林，开拓了竹节珊瑚古海洋学研究的新领域。

在国际大洋钻探的2017年论坛会上,中国方面提出讨论“IODP beyond 2023”的建议,由中国牵头共同讨论2023年以后大洋钻探新阶段的科学计划,得到会议的支持。为此,通过对几十年来国际大洋钻探科学计划的制定进行回顾,分析了近年来国际学术界对大洋钻探未来任务和学术前景的看法,进而对我国如何筹备“IODP beyond 2023”的国际研讨提出了建议。 半个世纪以来,大洋钻探始终是国际地球科学的火车头和深海探索的航母,我国牵头研讨其新阶段的科学计划,将促进我国地球科学的转型;至于此举能否取得成功,将取决于广大地球科学界的积极参与及其创造性思维的发挥。

南北极在全球海平面变化和碳循环中扮演着关键角色,并蕴藏着地球如何从新生代初期的温室转向现代冰室演变过程的关键信息,因而成为地球科学研究的热点地区。极地地质钻探计划(如DSDP/ODP/IODP/ICDP)研究所取得的成就令人瞩目,刷新了人类对过去全球变化的认识,成为探究地球气候系统演化的一个窗口。通过这些钻探计划,发现了新生代以来气候变冷,南北极冰盖几乎同时形成;揭示了南极冰盖形成和陆地风化的加剧,导致南极中深层水和底层水的生产加速并向北推进,造成全球大洋环流的重大变化;南大洋对大气CO₂的调控作用、全球大洋深部循环、营养盐的分布和海洋生产力等多方面在不同时间尺度上都发挥着重要作用;检验了南北极冰盖形成和消融与海平面变化的关系,为人类预测未来海平面变化提供了历史依据。未来的南北极国际大洋发现(IODP)计划将继续关注于极地冰盖的演变历史、南大洋古海洋学演变历史,追踪北极海—陆环境的联系及其对全球气候的影响。这些结果将对未来全球气候预测提供重要的参考和边界条件。

一般认为,地球物理上的莫霍面是地幔和地壳的分界面。被海水覆盖的洋壳通常只有6~7 km厚,相对于较厚的陆壳来说,洋壳不仅年轻得多,也活跃得多。然而,洋壳的地质结构以及莫霍面的地质意义到底是什么,至今仍是固体地球科学领域最大的悬疑之一。现有的结果表明,依据分布在大陆边缘的蛇绿岩套确定的Penrose模型基本不适用于慢速和超慢速扩张洋中脊的实际洋壳结构,对快速扩张洋中脊的适用性也有一定的疑问。解答洋壳结构及其莫霍面地质意义最有效的手段仍是大洋钻探。20世纪60年代初,试图挺进莫霍面的“莫霍钻”计划揭开了地球科学最伟大的大洋钻探计划的序幕。新世纪以来,随着各种研讨和计划的切实开展,人类真正实现莫霍钻梦想的日子似乎正在来临。

俯冲带是地球最重要的板块边界之一,对研究地球内部的物质与化学成分循环、岛弧与陆壳的形成以及地震与海啸机制至关重要。大洋钻探对于研究俯冲带过程具有不可替代的作用。回顾了全球俯冲带过程的大洋钻探研究,简述近年来取得的重要进展、科学目标以及对我国大洋钻探发展规划的启示。

2013年启动的国际大洋发现计划(IODP)针对当前大气温室气体浓度急剧升高和全球变暖的气候变化现状,提出全球气候对CO₂增高的响应、冰盖和海平面对全球变暖的响应、中—低纬水文循环的变化机制以及海洋碳化学体系的缓冲能力等4个科学挑战。截至2017年8月已经完成的8个IODP气候变化主题航次聚焦于亚洲—太平洋—印度洋区域的季风过程和西太平洋暖池的新生代演变,着重探索轨道—千年尺度上亚洲季风系统的变化特征和主导机制,以及构造时间尺度上亚洲季风与青藏高原隆升和剥蚀的动力联系。未来2年IODP将瞄准南半球高纬的冰盖、海冰、洋流和碳循环等气候因子,重点考察新生代西南极冰盖和海冰变化、白垩纪和古近纪南大洋的海洋环流和碳循环等。因此,IODP旨在深入探索以亚洲季风和西太平洋暖池为代表的热带海洋气候过程和以西南极冰盖为代表的高纬气候因子在多种时间尺度上的演变,为认识当前气候变化、预测未来气候趋势提供自然变化的科学依据。中国的优势在于全球季风概念和热带驱动假说方面的研究,特别是巽他陆架的气候效应。

发现海底沉积物深处乃至岩石中仍然有生命,是“大洋钻探计划”开展近半个世纪以来最令人激动的重要发现之一,即大洋“深部生物圈”的发现。近年来,深部生物圈的发现与探索已成为地质学和生物学领域最令人兴奋的研究前沿之一,生物圈前沿即深部生命、生物多样性和环境驱动的生态系统成为新的国际大洋发现计划(IODP 2013-2023)的四大研究主题之一。通过对深部生物圈研究历史进行简单回顾,介绍深部生物圈及其环境特征,目前已经完成的以探究地壳和海洋沉积物中生物圈为目标的大洋钻探计划(IODP)航次,深部生物圈研究的前沿科学问题,已经取得的重大研究进展和面临的挑战,以及中国科学家的贡献和深部生物圈的未来发展的建议与展望。

等积体是海洋沉积最重要的类型之一,通常记录了长期的高分辨率古环境和古海洋演化信息,同时对海洋工程和油气开发等领域具有重要意义。通过对全球大洋进行钻探取芯和地球物理勘探,国际大洋钻探计划,尤其是最新阶段的“综合大洋钻探计划(IODP)”和 “国际大洋发现计划(IODP)”,在理解等积体的全球分布特征及其揭示的古环境和古海洋演化信息方面做出了巨大的贡献。研究显示,等积体在全球大洋中的空间分布主要受大洋深层环流的影响,但在特定海区的沉积和分布则受到构造活动、深层海流强度和沉积物供应等多种因素的影响。全球深层海流强度的变迁则受到气候变化,如新生代全球变冷、北半球冰盖扩张、季风强度演变以及构造活动和水团来源等因素的影响,不同海区的主要影响因素也有所不同。

过去50年深海钻探计划(DSDP)、大洋钻探计划(ODP)及综合大洋钻探计划(IODP)等国际间综合深海钻探计划的实施,使我们对地球和海洋的认识取得了显著进步。海底井控观测装置(CORK)的研发和应用是上述深海钻探计划带给我们的最宝贵财富之一。目前地球科学和海洋科学已由过去的间断性观测模式升级为现在的连续性原位观测模式,海底CORK观测系统为地球科学、海洋科学与生命科学领域的科学家对海底洋壳复杂而又相互关联的深部过程进行数秒至数十年时间尺度的研究提供了新手段和新机遇。通过对海底CORK观测系统的发展演变、在ODP和IODP航次中的使用以及在此过程中获得的科学经验和教训进行总结,对CORK系统如何应用于我国洋壳地质学、水文学、微生物学及生物地球化学过程研究提出看法。

大洋红层作为一种特殊的海相沉积,代表了典型的富氧沉积环境,具有重要的科学研究价值。从大洋红层发现以来已开展大量的研究,但研究主要集中在白垩纪大洋红层,对整个大洋红层的特征及其科学研究意义的认识还不够全面。因此,在回顾大洋红层研究进展的基础上,总结其全球性的空间分布特征,对矿物和元素组成进行对比,发现主要矿物组分和元素组成与大洋红层的致色并无直接关系,而主要受到区域环境和物源来源的影响。大洋红层的致红是由铁氧化物或者含锰方解石控制,主要有2种成因机制:①因氧化条件而形成致色矿物;②因低沉积速率而形成致色矿物。因此,大洋红层所具有的独特成因机制和全球分布特征,使其对指示古沉积环境特征、重建古洋流发育、推测古气候变化具有重要的科学研究意义。在已有研究进展的基础上,提出未来展望,以期从多元化方向对全球大洋红层开展深入的研究。

古气候研究中一个关键性的争论问题,是陆地植被及其碳库在冰期旋回里的作用。今天亚马逊河盆地发育着全球最大的热带雨林,也是陆地上重大的碳库,而在冰期时东南亚的巽他陆架出露成陆,形成又一个巨大的热带雨林,引起全球碳循环的重大变化。为此,需要在巽他陆架进行大洋钻探,揭示近几百万年来该热带地区的海面升降、河系发育、植被与碳库演变,以及生物地理的历史。

海平面变化是全球变化的重要组成部分,不仅涉及自然环境和生态的变化,而且对人类社会的经济和发展也有重大影响。只有了解海平面变化历史,发现和掌握海平面变化规律,才能建立可靠的海平面变化模型,提高未来海平面变化的预能力。巽他陆架地处太平洋和印度洋的交界,位居世界陆架面积第二,陆架宽,坡缓水浅,对海平面变化敏感,是研究海平面变化的理想之所。简要介绍了海平面重建的方法,回顾了巽他陆架区域不同地质时期海平面变化的研究成果:总体而言,上新世巽他陆架海平面比现在高50~100 m,之后随两极冰盖发育海平面逐渐下降,在第四纪海平面受冰盖消涨影响而周期性升降,波动幅度达130 m, 记录较多的全新世研究显示了末次冰消期以来海平面的快速上升以及中全新世高海平面时期,近代观测表明最近200多年海平面呈上升趋势并且自20世纪开始上升加速。同时不同的研究方法和区域造成的结论差异说明海平面重建影响因素的复杂性和时空分布的多变性。

巽他陆架因其独特的地理位置,在冰期循环中发生的变化和发挥的作用一直受到科学界的关注。目前对区域内的古温度变化已有一致认识,但对古降水重建的结果却一直存在争议。在巽他陆架区域现有末次冰期以来氢、氧同位素记录的基础上,结合其他资料,将区域内的降水记录大致分为南、北两区。北区冰期时降水量变化不大,气候仍然湿润;而南区降水量下降,气候变干。冰期时巽他陆架南、北区的降水同位素差异可能与区域内的大尺度环流,及南、北降水同位素的主要控制因素不同有关。受目前数据记录的局限,区域内古降水变化的这一划分和降水同位素的差异机制还需要更多工作的补充和完善。

迄今为止,末次冰期低海平面时南海南部暴露的巽他大陆架被稀树草原或是热带雨林覆盖的问题仍然存有争议。来自于东南亚的孢粉证据表明,末次冰期时南海南部没有出现持续而广泛的草本花粉增多现象,主要的孢粉成分仍为低地雨林和山地雨林。草本花粉占主导的证据多出现在澳大利亚北部,这可能指示了草本植物以现代稀树草原分布区为中心进行扩张。据此,可以认为,尽管末次冰期气候有所变干,但南海南部周边陆地以及暴露的巽他大陆架上可能仍然被热带森林所覆盖。这一推断不仅得到了该区域植被—古气候模拟的支持,也与热带南美洲的很多孢粉证据相对应。通过当前孢粉证据的总结,发现东南亚古植被重建工作存有一些不足,例如海洋孢粉记录数量稀少,缺乏对海洋孢粉组合与内陆植被关系的了解。